JPH03500148A - 複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複　合　材 本発明は、複合材、複合材を形成するだめの被覆された繊維、複合材の製造方法 、および複合材を変形するだめの方法に関するものである。

母体（通常は重合性の）および強化繊維とからなる複合材は、種々の機械的設備 、例えば、パネル、梁または導管の部品として、特に、特殊な機械的特性、熱抵 抗性、および軽量を要求されるところで用いられている。

複合材を強化するのに用いられる繊維は、短繊維でも良く、或は連続した長い繊 維でも良いが、後者は複合材に与える機械的特性の点から好ましい。

複合材の製造においては、例えば、特殊に要望される形状を持つパネルを作るの に、或は梁または導管を曲げるのには成形または変形の技術を用いることが、し ばしば望ましい。

連続した強化繊維を用いた複合材では、このような変形を行った場合、格子のよ うな変形（以下において、“格子変形。

とする）や、剪断スリップまたはしわ（皺）の形成を伴う。

しわの形成は複合材の機械的強度を低下するので、一般には望ましくない。

ヨーロッパ特許公開公報第０１５．４６０号には、変形用に設計された管状複合 材が開示されているが、これは架橋された熱可塑性物質で含浸された、編組され た強化繊維を含有する。

複合材を変形するためには、含浸物質の軟化温度まで加熱する。複合材が変形さ れる時、繊維は通常、格子変形を受けるが、複合材を急激に変形させると、好ま しくない条件の場合、繊維の縮れ現象が生じる。

本発明は、複合材が変形する時に、その強化繊維が縮れ現象を起こす傾向を低下 させるためのものである。

それ故、本発明は、個々にまたはトウとして支持層で被覆された繊維によって強 化された母体を含有する複合材を提供するもので、ここに支持層とは、母体物質 が比較的柔軟な状態で複合材が変形される時に、繊維を支持し得るものである。

従って、本発明による複合材は、強化繊維が横断方向に繊維を支持する物質層を 備え、これによって、複合材が変形する時における縮れ現象の傾向が減すると云 う利点を有している。支持層を備えることによって、母体物質と強化繊維との結 合を促進し得ると云う追加利点が得られる。

母体物質は、通常重合性であり、熱可塑性でも熱硬化性の物質でも良い。熱可塑 性物質が通常好ましいが、その理由は、本発明の複合材が繰り返し変形性を付与 されると云う十分な利点が得られるからである。熱可塑性物質は、さらに、熱硬 化性物質とは異なり、貯蔵寿命についての問題が起こらず、かつまた硬化に際し て、その時間および温度に関する制御を必要としない。母体に熱可塑性物質を使 用する他の利点として、゛溶着が複合材の形成に利用できることである。

しかしながら、ある条件下では、熱硬化性物質からなる母体を有することが、例 えば、所要の機械的その他の特性についての長所を得るために、存利であり得る 。この場合、例えば、被覆された繊維のウェブが、熱硬化性物質の２つの硬化可 能な成分で含浸されると良い。得られた複合材は、次いで、加熱および加圧下に 変形されるが、これにともなって、また母体物質の硬化も開始される。この場合 、繊維上の被覆は縮れ現象の傾向を減する。

繊維上の支持層物質も、通常重合性であって熱硬化性でも、熱可塑性であっても 良い。支持層が熱可塑性物質からなる場合、複合材が変形のために加熱されるそ のいかなる温度より高い軟化温度を有するように選定されるべきである。かくし て、例えば、母体と支持層との両物質とも熱可塑性である場合、これ等物質は、 支持層の軟化点が母体のそれより高くて、好ましくは１０℃以上に、特に、３０ ℃以上になるように選定されることになる。この場合、複合材を変形させるのに 加熱して母体を軟化させる時に、これに伴って支持層が軟化する機会を減する目 的から、大きな温度差が好ましい。

本発明の複合材は、母体が比較的柔軟な時に、変形されるように構成される。母 体の軟化されなければならない程度は、複合材の成分の比率および複合材の変形 装置を含めたいくつかの要因に左右されるであろう。また軟化の程度は、当業者 にとっては明かであろう。母体物質が熱可塑性重合体である場合、他の方法が用 いられても良いが、加熱によって軟化するのが好ましい。

複合材中の強化繊維は、個々のフィラメント、或はフィラメント群（一般に“ト ウ°として知られる）として配置されるのが良いが、細長の横断面を有する繊維 もまた用いられる・例えば、テープ類として。繊維類には、芳香族ポリアミド、 例えば、“Ｋｅｖｌａｒ−の商標で売られているもの、ガラス、炭素、硼素、金 属、セラミック、その他の有機物質が挙げられる。

支持層は個々の繊維に対して、または繊維トウに対して与えられる。いくつかの 実施例において、各繊維は、その縮れ現象を防止するのに十分な支持が繊維トウ の支持層によって得られるならば、その全表面を被覆される必要はない。

繊維の被覆は、例えば、溶剤を用いた塗布、或は溶融液内での被覆といった方法 にて行なわれ得る。例えば、押出法による溶融被覆は、その簡単なこと、並びに 連続的に実行され得ると云うことのために、特に好ましい。繊維がトウとして配 列される場合、個々のトウについて、溶剤法、溶融法、その他の方法で、トウの 各繊維がそのほぼ全面にわたって被覆されるように支持層物質で含浸されるのが 好ましい。溶融被覆、特に、押出法によるそれは、さらに、被覆が繊維の周りに 平均して行なわれるのに容易であること、並びに例えば、架橋、難燃性、或は熱 安定性を促進または改善する添加剤を容易に追加混和可能であると云う利点を有 する。

強化繊維は、複合材を変形する場合に、格子変形を受けるように配列されること が好ましい。例えば、複合材がシートであれば、強化繊維は織った物であるのが 好ましく、また複合材が、実質的に管状であるならば、繊維は編組されたものが 好ましい。

母体としての使用に適した熱可塑性物質には、オレフィン、特に、エチレンやプ ロピレンの重合体または共重合体、およびハロゲン化オレフィン、例えば、弗化 ボリビニルデン（商標：　Ｋｙｎａｒ）およびクロロフルオロエチレン（商標： 　Ｔｅｆｚｅｌ）、ポリエステル、ポリアミド、および酸化ポリフェニレンが挙 げられる。低融点の金属および合金類、例えば、錫および鉛も、特に、強化繊維 および／または支持層が金属物質を含む時には、特に用いられて良い。

母体として適当な熱硬化性物質には、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂 、およびフェノール−ホルムアルデヒド樹脂が含まれる。

繊維上の支持層として適当な物質は、芳香族エーテル・ベース重合体、例えば、 ポリエーテルエーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン、ポリエス テル、ポリアミド、ポリオレフィン、特に、ポリプロピレン、高融点金属、例え ば、アルミニウムである。

母体物質と支持層物質との好ましい組合せを下表に纏めた。

繊維物質、支持層および母体は、所要の複合材特性に従って選定される。成る応 用に対しては、支持層または母体の特性、例えば、それ等の電気、物理的、また は化学的特性を、例えば、好適な添加剤の混和によって改変することが望ましい かも知れない。複合材の電気的特性は、必要ならば、母体に導電性素子を組み込 むことによって、複合材にスクリーニング特性を与えるように改変される。導電 性素子は、変形が可能なように編組されるのが良い。このように仕上げられた複 合材中における母体物質の支持層物質に対する容量比は５０％以下が好ましく、 ２０％−４０％が一層好ましい。繊維（またはトウ）上に個々の支持層を備える ことによって、母体物質の容量比率は、従来法による複合材と比較して、低下し 得る。

本発明による複合材は、その繊維含量の全体的な増大によって、一層大きい耐負 荷能力が得られる。

母体および支持層物質の合計に対する強化繊維の容量比は、２０％より大きくす るのが好ましく、２０％−４０％とするのが一層好ましい。これより高い繊維含 量では、成形または変形中に複合材が薄層に裂けがちとなり、他方、これより低 い繊維含量では、複合材の機械的特性は比較的劣り、これは複合材のサイズおよ び重量を増大することによってしか補償し得ない。

母体物質としては、架橋したものが好ましい。これは複合材の変形が加熱とごく 僅かの圧力とで可能であると云う利点をもたらすが、それは母体物質が柔軟な状 態（この結果、複合材の変形が行なわれる）の時にたるむ傾向を相当に減するか らである。架橋は好ましくは、イオン化放射線、加熱、或は化学反応によってな され得る。

好ましい実施例においては、本発明の複合材は、熱回復性（Ｈｅａｔ−ｒｅｃｏ ｖｅｒａｂ＋ｅ）であるように構成され得る。回復性複合材とは、その寸法構成 が、適当な処理、例えば、加熱処理を受けた時に、変えることができるものであ る。回復性複合材は、物体をシールしたり、保護した°りするのに用い得るが、 それらが簡単に設けられ得ることは、特に有利である。本発明の複合材は、固化 した後に母体を架橋し、母体が柔軟な間に複合材を変形し、次いで、その変形さ れた形状で冷却することによって熱回復性となし得る。

他の観点として本発明は、熱回復性母体と、複合材の回復時に実質的に縮れ現象 を起こすこと無しに変形されるように構成された母体を強化する繊維と、からな る複合材を提供するものである。

本発明はまた、母体と、個々にまたはトウとして支持層で被覆された強化繊維と から複合材を形成し、次いでこの母体を固化することからなる複合材の製造方法 を提供するものである。

母体は好ましくは、支持層の外側で繊維上に形成された被覆層としてまず設けら れるので、製造方法は、被覆された繊維を複合体を形成するように編組１織合せ などして配列させ、次いで繊維の外層として設けられた母体を固化するといった 、簡単な工程からなる。

他の実施例において、本発明の方法は、支持層でのみ被覆された繊維から複合材 を形成し、次いで、このように作られた複合材を母体物質で含浸することからな っている。例えば、この母体は、複合材の繊維でラミネートされたシートとされ 、次いで、加熱によって溶融され、そして繊維に含浸する。

支持層および母体物質は、共押出法によって繊維上に形成されるのが好ましい。

熱硬化性物質を母体として用いるのが望まれる場合は、各反応成分が押出法、そ の他の方法によって繊維上に逐次形成される。

本発明はまた、内側支持層と母体物質からなる外層とを有し、内外両層が熱可塑 性物質からなっており、内側支持層の軟化点が外層のそれより１０℃以上高い両 層で被覆された、複合材を形成するための繊維を提供するものである。

外層の内層に対する容量比は、５０％より低くするのが好ましい。

本発明の方法はまた、母体物質の固化後に、それを架橋処理する工程を含む。

本発明のさらに別の特徴として、個々に或はトウとして支持層で被覆された繊維 により強化された、熱可塑性物質母体からなる複合材を変形する方法を提供する もので、この方法は、複合材の変形に際して、縮れ現象が生じないように、母体 の軟化点より高いが、しかし支持層が繊維を支持し得る温度に複合材を加熱し、 次いで、複合材を変形することからなるものである。

本発明の複合材は、開いた、または閉じた横断面を有するもので、パネルであっ ても管状であっても良い。管状である場合、その横断面は円形であっても、非円 形（例えば、楕円または長方形）であっても良い。

本発明の複合材は、耐負荷部材、例えば、粱または支柱、或は例えば液体用の導 管として、使用され得る。特に重要な応用は、例えば、航空機のような乗り物に 設置された液体供給ラインであるが、このような場所では、空間の欠如と云う理 由から、導管（系）を好適に構成できると云う利点がある。

強化繊維は、導管が変形される時に縮れ現象を余り起こさないので、繊維の縮れ 現象が著しかった従来とは異なって、導管のサイズおよび重量を好ましくない程 度にまで増大する必要はない。重量の削減は航空機その他の類似の応用において 重要である。パネルとして使用される場合、複合材は耐負荷部材として使用され たり、或は美術的観点からの使用も可能である。

以下に、本発明を実施例により添付図面を参照にして詳細に説明する。

第１図は複合材を形成するための被覆された繊維トウを示す横断面図；および 第２図は複合材の横断面図である。

図面を参照して、第１図は軟化温度が２８０℃であるナイロン６−６の支持層４ で被覆された繊維トウ２を示している。

この含浸されたトウは、２１５℃の軟化温度を有するナイロン６を含有する母体 物質６によって囲繞されている。

本発明による管状複合材は、第１図に示すタイプのトウを複数個編組することに よって形成され得る。一旦編組されると、複合材は支持層４の軟化温度と母体物 質６のそれとの間の温度下で圧力をかけられて、母体物質が固化される。得られ た複合材の横断面を第２図に示した。

本発明の詳細を以下の実施例に基づきさらに説明する。

［実施例１］ ＰＥＥＫ　（商標：＾ＰＣ２）で被覆されたグラファイト繊維（横断剤に溶かし たポリプロピレン−スルホンで含浸し、次いで溶剤を蒸発した。得られた含浸ト ウの組成は、繊維３７，２容量％、ＰＥＥＫ２２Ｊ容量％、ポリプロピレン・ス ルホン４０．０容量％であった。

含浸されたトウは、４８キャリア編組器によって編組し、内径３０′關および編 組角度５５＠の管状複合材が形成された。この複合材を内径３１＋ｍ■の金属管 内に配置せしめ、次いで、膨張可能な袋（ブラダ−）を管状複合材内に挿入した 。しかる後全体を３００℃に加熱し、次いで袋を４１３．７ｋＰａまで膨らませ 、かくしてポリエチレン・スルホンを固化させた。

冷却後、管状複合材は、ｌ１１１ｇ、　ｍ−”の重量および０．５４ｍ１の壁面 肉厚を有していた。複合材のＸモジュラスは５０．０ＭＰａおよびｙモジュラス は１７．５ＭＰａであった。また、破裂圧は４．１４ＭＰａであった。

管状複合材は、次のように変形された。まず、複合材の内径とほぼ同一の径を有 する鋼コイルばねを複合材内に配置し、次いで、複合材およびバネを２８０℃に 加熱したオーブンに入れた。

１５分後、複合材およびバネをオーブンから取り出し、約１ｍの曲率半径で曲げ た。

冷却後、バネを複合材から取り出し、変形が繊維の縮み現象を起こさずに行なわ れていることを確認した。強化繊維の編組角度は４９８〜５５°であった。変形 した管の破裂圧は２．５ＭＰａであって、これは縮れ現象無しの編組角度４９″ と一致する。

［実施例２］ ＰＨＩＪ　（商標：　ＡＰＣ２）で被覆された繊維（商標：　Ｖｊｃｔｒｅｘ　 ）トウを４８キャリア編組器を用いて編組させ、内径が３０ｍｍで、編組角度が ５５″の管状複合材を形成した。固化に先立って、厚さが０．２１５■■のポリ フェニレン・スルホンフィルムを管状複合材と鋼管との間に挿入した。かくして 、複合材を加熱および加圧したところ、ポリフェニレン・スルホンは溶融され、 編組被覆された繊維に含浸された。

得られた複合材の特性は、実施例１で述べた方法によって作られたものと同様で あった。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成元年１１月１７日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＥＰ８８１００４３８ ２、発明の名称 複合材 ３、特許出願人 住所　フランス国・エフ　６０８００　クレビ　アン　ヴアロワ・リュー　アン リ　ラ　ロッシュ　６３ 名　称　テクスティルヴエ　ソシエテ　アノニム４゜代理人 ５、補正書の提出年月日 １９８９年５月２日 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　１通 （請求の範囲の差替） 請求の範囲 １、個々にまたはトウとして重合性支持物質の内側支持層と重合性母体物質の外 層とで被覆された連続した強化繊維からなる複合材において、該強化繊維は該複 合材が変形される時に剪断スリップによって格子変形を受けるように配列され、 該支持層は母体物質が軟化された状態で複合材が変形される時に該繊維を横断方 向に支持し、かくして該繊維の縮れ傾向を減することを特徴とする複合材。

２、上記母体が熱可塑性物質からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の複合材。

３、上記支持物質が、上記母体の物質の軟化点より高い軟化点を有する熱可塑性 物質であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の複合材。

４、上記支持物質の軟化点が母体物質の軟化点より１０℃以上高いことを特徴と する請求の範囲第３項に記載の複合材。

５、上記複合材が管状であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項の いずれかに記載の複合材。

６、上記強化繊維が編組されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の複合 材。

７、上記母体物質が架橋されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項 のいずれかに記載の複合材。

８、上記母体物質が熱回復性であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第 ７項のいずれかに記載の複合材。

９、上記外層の上記内層に対する容量比が５０％より低いことを特徴とする請求 の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の複合材。

１０、連続した強化繊維を個々にまたはトウとして重合性支持物質の支持層で被 覆して内層を形成し、この被覆された繊維を重合性母体物質で含浸し、次いで母 体を固化することにより複合材を初期形状に形成する工程を含む、後成形された 複合材の製造方法において、上記繊維を複合材の変形時に剪断スリップによって 格子変形を受けるように配列し、上記母体層は軟化されるが上記支持物質が上記 繊維を支持し続ける温度に上記複合材を加熱して、複合材の初期の形状を所定の 後成形される形状に変形することを特徴とする方法。

１１、上記母体物質が熱可塑性物質であることを特徴とする請求の範囲第１０項 に記載の方法。

１２、上記支持物質が、上記母体物質の軟化点より高い軟化点を有する熱可塑性 物質であり、上記複合材が上記母体物質と上記支持物質の軟化点の間の温度に加 熱されることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。

１３、上記母体物質の軟化点が上記支持物質の軟化点より１０℃以上高いことを 特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。

１４、上記複合材が管状であることを特徴とする請求の範囲第１０項ないし第１ ３項のいずれかに記載の方法。

１５、上記繊維が編組されることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の方法 。

１６、上記母体物質が固化後に架橋されることを特徴とする請求の範囲第１０項 ないし第１５項のいずれかに記載の方法。

１７、上記母体物質が熱回復性物質であることを特徴とする請求の範囲第１１項 ないし第１６項のいずれかに記載の方法。

国際調査報告 国際調査報告漬 ＥＰ　、８８００４３８ ＳＡ　２２４８６

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．個々にまたはトウとして支持層で被覆された繊維によって強化された母体か らなり、該母体の物質が比較的柔軟な間に行なわれる上記複合材の変形中、上記 繊維が上記支持層によって支持可能であることを特徴とする複合材。
2. ２．上記母体が熱可塑性物質からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の複合材。
3. ３．上記支持物質が、上記母体の物質の軟化点より高い軟化点を有する熱可塑性 物質であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の複合材。
4. ４．支持物質の軟化点と、母体物質の軟化点との温度差が１０℃以上であること を特徴とする請求の範囲第３項に記載の複合材。
5. ５．上記強化繊維が、上記複合材の変形時に格子変形を受けるように配列され、 上記繊維が好ましくは編組されていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし 第４項のいずれかに記載の複合材。
6. ６．上記母体の物質が架橋されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５ 項のいずれかに記載の複合材。
7. ７．熱回復性であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の複合材。
8. ８．熱回復性母体と、該母体を強化する繊維とからなり、該繊維が上記母体の回 復時に縮れ現象を実質的に生じること無しに変形されるように配列されたことを 特徴とする複合材。
9. ９．内側支持層と母体物質からなる外層とで被覆された繊維からなり、これら内 外両層が熱可塑性物質からなり、該内層の軟化点が外層の軟化点より１０℃以上 高いことを特徴とする、複合材を形成するための被覆された繊維。
10. １０．上記外層の上記内層に対する容量比が５０％より低いことを特徴とする請 求の範囲第９項に記載の被覆された繊維。
11. １１．母体と、個々にまたはトウとして支持層で被覆された強化繊維とから複合 材を形成し、次いで、上記母体を固化することを特徴とする複合材を製造する方 法。
12. １２．母体物質が、最初は上記支持層の外側に上記繊維の被覆として設けられる ことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．上記母体物質を固化後に架橋処理する工程を含むことを特徴とする請求の 範囲第１１項または第１２項に記載の方法。
14. １４．個々にまたはトウとして支持層で被覆された繊維で強化された、熱可塑性 物質の母体からなる複合材を変形する方法であって、上記母体物質の軟化点より 高いが、上記支持層が上記複合材の変形時に上記繊維の縮れ現象を生じないよう に該繊維を支持することができる温度に上記複合材を加熱し、次いで該複合材を 変形することを特徴とする複合材を変形する方法。